汶川8级地震前后陕西地形变异常特征分析

汶川8级地震前后陕西地形变异常特征分析
邢西淳;毛娟;邵辉成
【摘要】The characteristics of vertical deformation in Guanzhong area and the ground tilt in Shaanxi province are analyzed. The results show that the vertical deformation appeared periodic, tendency turning and acceleration variation in Nandatong, Dayuan, Jianyukou, Qinghekou, Kouzhen; the tidal factor y of ground tilt appeared anomalous variation about three months before Wenchuan Ms 8.0 earthquake.%分析了汶川8.0级地震前后的关中垂直形变及陕西地区地倾斜变化特征。

结果表明：震前,跨断层垂直形变表现出阶段性变化特征,南大同、大塬、涧峪口、清河口、口镇等场地的垂直形变出现了明显的趋势转折、加速变化。

汉中、宝鸡、乾县、西安台的地倾斜潮汐因子γ存在3个月左右异常变化。

【期刊名称】《高原地震》
【年(卷),期】2011(023)004
【总页数】7页(P17-23)
【关键词】汶川地震;垂直形变;潮汐因子γ
【作者】邢西淳;毛娟;邵辉成
【作者单位】陕西省地震局泾阳地震台,陕西咸阳713704;陕西省地震局泾阳地震台,陕西咸阳713704;陕西省地震局,陕西西安710068
【正文语种】中文
【中图分类】P315.755
2008年5月12日发生的汶川8.0级地震是我国建国以来地震烈度最大、经济损
失最为惨重的一次破坏性地震。

这次强烈地震发生在龙门山断裂带，该断裂带位于四川省的西北部，是由一系列压性、压扭性断裂及褶皱组成的一条著名的逆冲断裂带［1］，主要由3条断裂组成，自西北向东南分别为汶川—茂汶断裂(龙门山后
山断裂)、映秀—北川断裂(龙门山中央断裂)、灌县—安县断裂(龙门山前山断裂)。

该地震强烈波及陕西省宝鸡地区、陕南西部地区［2］，汉中宁强周边地区发生了多次5级以上强余震，关中中东部小震活动也出现显著增强。

地震前后陕西地区
部分地形变资料和跨断层水准资料存在异常变化，基于陕西地区地倾斜及跨断层观测结果，对比分析地震发生前后形变场的动态变化，探索地震孕育过程中的某些前兆变化规律。

截止到2010年10月，陕西省共有9个定点形变台站 (图1，表1)，14处跨断层流动形变场地和一条横跨关中腹地南北向150 km的水准剖面测线 (图1)。

这些
场地自西向东分别分布在北西向岐山—马召 (降帐)、近东西向口镇—关山、周至—余下 (户县)、临潼—长安、渭南塬前、韩城断裂带上，其中水准剖面横跨渭河
盆地的秦岭北缘，这些观测资料为揭示汶川地震前后陕南和关中地壳变形的特征提供了重要的信息。

断层是地壳岩层中发生显著位移的分界面，定点跨断层资料可以反映具体断层现今活动垂直形变剖面的连续动态变化特征，准确可靠地反映一个时期、一个地区的地震孕育及应力调整的全过程。

一般情况下，断层形变异常可能反映附近地区地震的一种前兆。

跨断层垂直形变准同步转折意味着所在断层活动状态的改变，且准同步转折与地震活动有一定的关系。

断层是地壳构造的薄弱和活跃部分，其垂直形变速率的大小反映了断层活动的强弱，在口镇—关山断裂带上布设了N1－A、N1－S1、K2－K3三条测线，其高差曲线
(图2a、2c、2e)显示出相同的变化趋势，较好地反映了该断裂带继承性构造运动
的特征—正断层活动，显示出口镇—关山断裂带各测段跨断层垂直形变和速度变
化(图2、图3)，表现为较明显的阶段性活动特征，泾阳台N1－A测段的日均值在汶川8级地震前后有明显差异，特别是在泾阳ML5.2级、宝鸡ML4.0级地震期间波动明显，波动幅度2～3 mm，断层上盘平均每年向南倾滑0.7 mm。

N1－A测段在2006—2007年变化较平稳，高差年均值在－1 241.75 mm左右变化。

2008年1～3月有较大波动，2008年1～2月最大形变量达2.18 mm。

2个月后，即5月12日发生了汶川8级地震 (图3c)。

汶川地震后波动明显减弱，资料显示
稳定，波动幅度0.5～1.5 mm，下滑速率减小到0.6 mm。

汶川8级地震前口镇
测段(KZ23)也有一定波动，2007年10月测值变化较大，2007年10月口镇测值相对2006年12月变化高达5.02 mm;这次异常的出现与汶川8级地震在时间上
有很好的相关性，震后口镇测段高差值和速度在2008年10月至2011年1月仍
有较大幅度的变化，特别是2008年10～12月间，一阶差分值大于4 mm。

期间2009年11月5日在高陵发生了ML4.8级地震 (图2e、2f)。

研究表明，地震前断层活动有一个加速过程，在归一化速率、日均值月均方差及差分异常频次累加上可能有所显示。

以拟合残差均方值的2倍作为异常的判别标准，识别地震前兆异常。

将泾阳台N1－A测段日均值归一化速率、日均值月均方差及差分异常频次累加(图4)，较好地显示了关中地区地震前的异常特征和汶川8级地震前的异常变化。

跨断层形变异常的形态变化直接反映了断层在孕震过程中的受力状态变化。

图5
显示跨秦岭北缘断裂的涧峪口、清河口垂直形变在汶川地震前表现为明显的阶段性活动特征，1985—1994年断层活动相对平稳，1995—1997年断层活动有所增强，之后1998年1月发生了泾阳ML5.2级地震。

清河口断裂形变活动在1998—2006年7月前横向震荡，变化相对平稳，从2006年7月至2007年11
月下降幅度达2.72 mm，超过正常活动水平，其中2007年7～11月下降1.56 mm，之后出现转折上升趋势，上升1.77 mm。

2008年3～5月上升0.47 mm，与此对应，跨歧山—马召断裂带的大塬场地垂直形变也有相同的趋势变化;涧峪口场地也在2007年11月后出现转折下降趋势，异常幅度3.64 mm，偏离正常活动水平，2008年3月下降2.69 mm。

跨歧山—马召断裂带的南大同场地垂直形变也有相同的趋势变化。

从中期异常的持续时间来看，上述几个测点异常的平均持续时间为970天，则依据异常持续时间与地震的关系［3］:
Ms=1.36logT+3.786 (1)
推得2008年5月前应有7.7级左右的地震相对应。

汶川8级地震后跨秦岭北缘断裂带的涧峪口、清河口垂直形变变化平稳。

跨歧山—马召断裂带的大塬场地垂直形变显示断层呈继承性活动，2010年后继承性活动有所增强(图5)。

从南北地震带断层观测结果来看，震前断层活动幅度最为突出的断层观测场地位于与龙门山地震带相邻的祁连山地震带［4］。

在昆仑山口西地震前该断裂带上地形变曾出现较突出的趋势与短期异常［3］。

本次地震震前祁连山地震带上观测到相对较多的异常，其中最为突出的异常主要有位于祁连山中西段的红柳峡与嘉峪关2个场地［4］。

红柳峡在1993年10月26日托勒6.0级、1997年11月8日西藏玛尼7.5级、2001年11月14日昆仑山口西8.1级、2002年12月14日玉门5.9级地震前都曾观测到水准突变性变化(图6)。

自2007年3月开始至2008年1月，红柳峡场地单方向加速变化持续时间约270天，依据地形变短期突变与地震震级之间的关系［3］，得到2008年5月前应有7.1级左右的地震相对应。

地震的孕育到发生是一个应力积累、应力场不断变化的过程。

震前临震异常出现在距震中较远范围内，可能反映的是当地力学特征参数(渗透系数等)对大震微破裂所产生的响应。

强地震前表现出的地壳形变特征与地震发生后观测到的同震形变场具有明显的差别，通常震前变形最突出的地方，未必是未来地震的震源区，反映了地
震孕育过程的复杂性、多样性。

表3是汶川8级地震后陕西省地倾斜潮汐因子γ
值的异常变化。

地形变能较为直接地反映地壳深部震源区的变化，这已被大家公认。

用地壳形变观测资料结果描述地壳形变及其演化过程，对研究现今地壳运动规律和提取与地震有关的前兆信息是有帮助的，它提供了具有明确物理意义的地壳运动的直接证据。

研究发现［4－6］，当震源孕育发展到一定阶段后，孕震区的微裂隙会出现扩展、
串通以及介质性质发生变化;在一定范围内波动的，潮汐因子可能会出现偏离基值
的异常变化。

在排除干扰的前提下，分析陕西地倾斜资料，发现汶川地震前，在中期趋势上也出现了明显的趋势加速变化和趋势转折变化现象，观测值偏离长期构造活动状态。

陕西地倾斜潮汐因子γ值的计算结果显示(表2)，在汶川8级地震前，陕西所有台站γ值均出现极不稳定现象，γ值增大。

异常持续时间不同，乾县、西安和宝鸡为震前3个月，汉中为震前5.7个月，震后恢复正常。

震后4个台站潮
汐因子的同步下降反映地壳岩石弹性模量的降低［7］。

2009年11月5日高陵4.4级地震前和2010年4月14日玉树7.1级地震前，乾县、西安和宝鸡台地倾
斜都存在3个月左右潮汐因子异常 (表3)。

断层活动和地震活动有着密切联系，反映强震孕育的直接证据来自地壳形变与地壳运动，一般情况下，跨断层垂直形变准同步转折意味着断层活动状态的改变，其准同步转折变化与地震活动有一定关系［8－9］。

图 5、表 4反映了青藏巴颜喀拉
块体7.3级以上强震活动与陕西省关中地区4级以上地震活动存在对应关系，强震前2年左右垂直形变趋势转折时间具有准同步性。

断层形变所反映的区域构造运动是不均匀的，区域地壳活动的强弱变化呈明显的非线性、阶段性活动特征。

口镇—关山断裂带跨断层垂直形变资料反映了地形变特征以及与歧山—马召断裂带、秦岭北缘断裂带异常变化，是区域应力场与本地区特殊的深部构造共同作用的
结果。

该地区既是潜在的震源区，也是跟踪分析渭河盆地构造形变的一个窗口。

地倾斜潮汐因子γ的异常变化可能是地震前兆反映。

受强震活动的影响，断层活动的转折变化与青藏巴颜喀拉块体强震活动有呼应关系;地壳形变前兆异常是地震孕育过程中，孕震体受力而产生的前兆现象;这些异常又
都是通过地壳而间接反映孕震体孕震信息，异常时间基本同步，异常范围较大。

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【相关文献】
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ANALYSIS ON DEFORMATION ANOMALOUS CHARACTERISTICS IN SHAANXI PROVINCE BEFORE AND AFTER WENCHUAN Ms 8.0 EARTHQUAKE
XING Xichun1，MAO Juan1，SHAO Huicheng2(1.Jingyang Seismic Station，Earthquake Administration of Shaanxi Province，Xianyang 713704，China;2.Earthquake Administration of Shaanxi Province，Xi’an 710068，China)
Abstract:The characteristics of vertical deformation in Guanzhong area and the ground tilt in Shaanxi province are analyzed.The results show that the vertical deformation appeared periodic，tendency turning and acceleration variation in Nandatong，Dayuan，Jianyukou，Qinghekou，Kouzhen;the tidal factor γ of ground tilt appeared anomalous variation about three months before Wenchuan Ms 8.0 earthquake.
Key words:Wenchuan Ms 8.0 earthquake;Vertical deformation;Tidal factor γ
中图分类号:P315.75+5。